Лабораторна робота № 9

БЕТОНИ

Проектування складу важкого бетону

9.1 Розрахунково-експериментальний метод

визначення складу важкого бетону нормального твердіння

Для розрахунку складу важкого бетону необхідно мати наступні дані: задану середню міцність бетону на стиск (марку бетону) R_б, необхідну легкоукладальність бетонної суміші, яку характеризують осадкою конуса (ОК, см), або жорсткістю (Ж, с), а також характеристику вихідних матеріалів: вид і активність цементу R_ц, насипну густину складових _нц, _нп, _нщ (кг/м³) та їх дійсну густину _ц, _п, _щ (кг/м³), пустотність щебеню або гравію V_п.щ., найбільшу крупність їх зерен та вологість заповнювачів W_п, W_щ (%).

Склад бетону для пробних замісів розраховують у такій послідовності: обчислюють водоцементне відношення, витрату води, витрату цементу, після чого визначають витрату крупного та дрібного заповнювачів на 1 м³ бетонної суміші.

Водоцементне відношення (В/Ц) обчислюють, виходячи з вимог до міцності бетону і з урахуванням активності цементу, виду та якості складових за наступними формулами:

• для бетонів з водоцементним відношенням В/Ц > 0.4

;

• для бетонів з водоцементним відношенням В/Ц < 0.4:

;

де – міцність бетону, МПа; – активність цементу, МПа; , – коефіцієнти, які враховують якість матеріалів (таблиця 9.1.)

Таблиця 9.1. Коефіцієнти, які враховують якість матеріалів для бетону

Якість заповнювачів і цементу	А	A1
Висока	0,65	0,43
Рядова	0,6	0,4
Понижена	0,55	0,37

До високоякісних матеріалів відносять щебінь зі щільних гірських порід високої міцності, пісок оптимальної крупності і портландцемент високої активності без добавок або з мінімальною кількістю гідравлічної добавки в його складі, заповнювачі повинні бути чисті і фракційні. до рядових матеріалів відносять заповнювачі середньої якості, у тому числі гравій, портландцемент середньої активності, або високомарочний шлакопортландцемент.

До матеріалів пониженої якості відносять крупні заповнювачі низької міцності і дрібні піски, цементи низької активності.

Після розв’язання відносно В/Ц наведені вище формули матимуть вигляд

;

.

Витрату води (водопотребу бетонної суміші), л/м³, орієнтовно визначають, виходячи з даної легкоукладальності бетонної суміші за таблицею 9.2., яка складена з урахуванням виду та крупності зерен заповнювача.

Витрату цементу на 1м³ бетонної суміші обчислюють за вже відомими водоцементним відношенням та витратою води.

.

Таблиця 9.2. Орієнтовна витрата води на 1м³ бетонної суміші *

Марка суміші за ДСТУ Б В.2.7-96-2000	Марка суміші за ДСТУ Б В.2.7-176:2008 (EN 206-1:2000, NEQ)	Жорсткість, с	Рухливість, см	Витрата води, л3/м при крупності, мм
				Гравію					Щебеню
				10	20	40	70	10		20	40	70
Ж0	V3	31	—	150	135	125	120	120		160	150	135
Ж1	V2	30…21	—	160	145	130	125	170		165	160	140
Ж2	V1	20…11	—	165	150	135	130	175		165	150	155
Ж3	V0	10…5	—	175	160	145	140	185		175	160	155
П1	S1	—	1…4	190	175	160	155	200		190	175	170
П2	S2	—	5…9	200	185	170	165	210		200	185	180
П3	S3	—	10…15	215	205	190	180	225		215	200	190
П4	S4	—	12…16	225	220	205	195	235		230	215	205

Примітка: * – суміші на цементі з нормальною густиною тіста 26…28% та піску з М_кр=2. При зміні нормальної густини цементного тіста на кожний відсоток в меншу сторону витрату води треба зменшувати на 3…5 л/м³, у більшу - збільшувати на те ж значення. У випадку зміни модуля крупності піску у меншу сторону на кожні 0,5 його значення необхідно збільшувати, а в більшу сторону - зменшувати витрату води на 3…5 л/м³. У випадку застосування при отриманні бетону пластифікуючих добавок витрата води, встановлена за таблицею 9.2. коригується з урахуванням значення коефіцієнта К_п , встановленого за таблицею 9.3.

Таблиця 9.3. Значення поправочного коефіцієнта К_п до водовмісту

бетонних сумішей при застосуванні пластифікуючих добавок

Рухливість бетонної суміші, см	Цементно-водне відношення
	1,4	1,8	2,2	2,6
1…4	0,95/0.90	0,93/0.87	0,91/0.85	0,90/0.83
5…9	0,94/0.89	0,92/0.86	0,90/0.84	0,88/0.82
10…15	0,92/0.87	0,90/0.80	0,88/0.81	0,87/0.79
12…16	0,91/0.85	0,89/0.81	0,87/0.79	0,85/0.78

Примітка: У чисельнику наведенні значення К_п при використанні добавки ЛСТ 0,25% від витрати цементу, а в знаменнику - добавки С-3 у кількості 0,7%.

Витрату заповнювачів (піску, щебеню або гравію), кг/м³ бетону обчислюють, виходячи з двох умов:

1. Сума абсолютних об'ємів всіх компонентів ущільненої бетонної суміші дорівнює 1 м³:

,

де – витрата цементу, води, піску і щебеню (гравію), кг/м³, – дійсна густина цих матеріалів, кг/м³; – абсолютні об’єми матеріалів, м³.

2. Цементно-піщаний розчин заповнює пустоти у крупному заповнювачі з деяким розсуванням зерен, тобто

,

де – пустотність щебеню (гравію) у пухконасипаному стані, виражена в долях одиниці; – коефіцієнт розсуву зерен щебеню (гравію), який приймається за ею 9.4.

Таблиця 9.4. Значення коефіцієнта для пластичних бетонних сумішей

Витрата цементу, кг/м3	Коефіцієнт при В/Ц, рівному
	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250	—	—	1,26	1,32	1,38
300	—	1,3	1,36	1,42	—
350	1,32	1,38	1,44	—	—
400	1,4	1,46	—	—	—

Примітки: 1. При інших значеннях Ц і В/Ц коефіцієнт знаходять інтерполяцією.

2. Значення коефіцієнта наведені при водопотребі піску 7%. Якщо водопотреба використаного дрібного піску більша 7%, коефіцієнт зменшують на 0,03 на кожний відсоток збільшення водопотреби піску; якщо водопотреба крупного піску менша 7%, коефіцієнт збільшують на 0,03 на кожний відсоток зменшення водопотреби піску

Розв'язавши спільно ці дві рівності, отримаємо вираз для визначення витрати щебеню (гравію), у кг на 1 м³ бетонної суміші:

.

Після визначення витрати щебеню (гравію) розраховують витрату піску, кг/м³, як різницю між проектним об'ємом бетонної суміші та сумою абсолютних об'ємів цементу, води та крупного заповнювача:

.

Визначивши витрату компонентів на 1 м³ бетонної суміші, обчислюють її розрахункову густину , кг/м³, та коефіцієнт виходу бетону діленням об'єму бетонної суміші в ущільненому стані (1м³) на суму об'ємів сухих складових, витрачених на її виготовлення:

,

де – об'єм сухих складових, витрачених на виготовлення 1 м³ бетонної суміші, м³; , , – насипна густина сухих матеріалів, кг/м³. Для важких бетонів значення коефіцієнта виходу як правило знаходиться у проміжку 0,6…0,75.

При визначенні виробничого складу враховують вологість заповнювачів і коригують їх витрату, а також витрату води на 1 м³ бетонної суміші. При вологості піску W_п і щебеню W_щ(%) відкориговані витрати заповнювачів П_В, Щ_В і води В_В (кг/м³) дорівнюватимуть:

Дозування складових бетонної суміші (кг) на один заміс бетонозмішувача з корисним об’ємом барабана V_б.сум.(л) виконують з урахуванням коефіцієнта виходу бетону за формулами:

9.2 Приготування бетонної суміші та визначення її рухливості

Засоби випробування: конус, металева лінійка, кельма, штиковка, завантажувальна воронка, гладкий металевий лист розміром не менше 700х700 мм.

Для дослідного замісу зважують матеріали з розрахунку отримання 7 л бетонної суміші. Зважену кількість піску розмішують, добавляють необхідну кількість цементу та перемішують до отримання однорідної суміші. Потім добавляють крупний заповнювач і всю суху суміш старанно перемішують, після чого вливають воду за два рази при енергійному перелопачуванні бетонної суміші до досягнення однорідності. Тривалість перемішування від моменту затворення водою повинна складати 4…5 хв. Бетонну суміш можна також виготовити в лабораторному бетонозмішувачі.

Рухливість бетонної суміші характеризується величиною осадки конуса (в см), сформованого з бетонної суміші. Рухливість визначають з допомогою стандартного конуса висотою 300 мм з внутрішнім діаметром нижньої основи 200 мм і верхньої 100 мм, встановленого на рівній поверхні. Внутрішню поверхню конуса до випробування змочують водою. Укладання бетонної суміші виконують за три прийоми шарами однакової висоти, ущільнюючи суміш кожний раз штикуванням 25 разів штиковкою діаметром 16 мм і довжиною 600 мм. Під час штикування форму притискають до поверхні. Після заповнення конус обережно піднімають на протязі 3…5 с. строго вертикально і встановлюють поряд з відформованою сумішшю. Осадку конуса бетонної суміші визначають, поклавши металеву лінійку ребром поверх форми і вимірюючи з точністю до 0,5 см відстань від нижньої грані лінійки до верху бетонної суміші.

Якщо рухливість бетонної суміші буде меншою за необхідну, то заміс коригують, додаючи по 5…10% води і цементу. Коли рухливість більша заданої, то добавляють по 5…10% піску та щебеню (гравію). Після чого суміш знову перемішують на протязі 5 хв., і заново визначають її рухливість. Склад бетону коригують до отримання заданої рухливості.

9.3 Визначення жорсткості бетонної суміші

Засоби випробування: прилад для визначення жорсткості, лабораторний вібромайданчик, конус, металева лінійка, кельма, штиковка, завантажувальна воронка.

Жорсткість бетонної суміші характеризується часом вібрування в секундах, необхідним для вирівнювання та ущільнення попереднього сформованого конуса бетонної суміші в приладі для визначення рухливості. Визначення жорсткості бетонної суміші можна виконати також спрощеним методом за Б.Г.Скрамтаєвим.

На вібромайданчику встановлюють і закріплюють форму розміром 200200200 мм. У форму вставляють конус і заповнюють його бетонною сумішшю, як вказано у досліді 9.2. Потім конус знімають і вмикають вібромайданчик, одночасно вмикаючи секундомір. Вібрування проводять до тих пір, доки бетонна суміш не заповнить всі кутки форми, а поверхня її не стане горизонтальною. Час (в секундах), необхідний для вирівнювання поверхні бетонної суміші в формі, помножений на 1,5 характеризує жорсткість бетонної суміші. Показник жорсткості обчислюють з точністю до 5 сек. Коригування жорсткості проводять аналогічно коригуванню рухливості.